可控核聚變反應堆的意義和重要x"/>無(wú)需多說(shuō)。!ybdu!

在人類(lèi)可預見(jiàn)的未來(lái)，化石能源必將有消耗殆盡的一上億攝氏度了。

這就是為什么一槌子買(mǎi)賣(mài)的氫彈已經(jīng)制造了50年后，人類(lèi)還沒(méi)能有效的從核聚變中獲取能量的原因。

好了，人類(lèi)是很聰明的，不能用化學(xué)結構的方法解決問(wèn)題，我們就用物理方法的試驗一下。

早在50年前，兩種約束高溫反應體的理論就產(chǎn)生了。

一種是慣x"/>約束，把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內，然后從外面均勻s"/>入激光束或粒子束，球面內層因而向內擠壓。球內氣體受到擠壓，壓力升高，溫度也急劇升高，當溫度達到需要的點(diǎn)火溫度時(shí)，球內氣體發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量熱能。這樣的爆炸每秒鐘發(fā)生三四次，并持續不斷地進(jìn)行下去，釋放出的能量就可以達到百萬(wàn)千瓦級的水平。這一理論的奠基人之一就是我國著(zhù)名科學(xué)家王淦昌。

另一種就是磁力約束，由于原子核是帶正電的，那么我的磁場(chǎng)只要足夠強大，你就跑不出去，我建立一個(gè)環(huán)形的磁場(chǎng)，那么你就只能沿著(zhù)磁力線(xiàn)的方向，沿著(zhù)螺旋形運動(dòng)，跑不出我的范圍，而在環(huán)形磁場(chǎng)之外的一點(diǎn)距離，我可以建立一個(gè)大型的換熱裝置（此時(shí)反應體的能量只能以熱輻s"/>的方式傳到換熱體），然后再使用人類(lèi)已經(jīng)很熟悉的方法，把熱能轉換成電能就是了。

原理上雖然簡(jiǎn)單，但是現有的激光束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術(shù)上的問(wèn)題，使慣x"/>約束核聚變可望而不可及。

因此，眼下世界各國在受控核聚變研究上主要集中在磁力約束領(lǐng)域。

為了實(shí)現磁力約束，需要一個(gè)能產(chǎn)生足夠強的環(huán)形磁場(chǎng)的裝置，這種裝置就被稱(chēng)作“托克馬克裝置”——tokak，也就是俄語(yǔ)中是由“環(huán)形”、“真空”、“磁”、“線(xiàn)圈”的字頭組成的縮寫(xiě)。

早在1954年，在原蘇聯(lián)庫爾恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一個(gè)托卡馬克裝置。

進(jìn)展貌似很順利，其實(shí)不然，因為要想能夠投入實(shí)際使用，必須使得輸入裝置的能量遠遠小于輸出的能量才行，我們稱(chēng)作能量增益因子——q值。

當時(shí)的托卡馬克裝置是個(gè)很不穩定的東西，搞了十幾年，也沒(méi)有得到能量輸出，直到1970年，前蘇聯(lián)才在改進(jìn)了很多次的托卡馬克裝置上第一次獲得了實(shí)際的能量輸出，不過(guò)要用當時(shí)最高級設備才能測出來(lái)，q值大約是10億分之一。

別小看這個(gè)十億分之一，這使得全世界看到了希望，于是全世界都在這種激勵下大干快上，紛紛建設起自己的大型托卡馬克裝置，歐洲建設了聯(lián)合環(huán)-jet,蘇聯(lián)建設了t20（后來(lái)縮水成了t15，線(xiàn)圈小了。但是上了超導），日本的jt-60和美國的tftr（托卡馬克聚變實(shí)驗反應器的縮寫(xiě)）。

這些托卡馬克裝置一次次把能量增益因子（q）值的紀錄刷新。

1991年歐洲的聯(lián)合環(huán)實(shí)現了核聚變史上第一次氘－氚運行實(shí)驗，使用6：1的氘氚混合燃料，受控核聚變反應持續了2秒鐘，獲得了0.17萬(wàn)千瓦輸出功率，q值達0.12。

1993年，美國在tftr上使用氘、氚1：1的燃料，兩次實(shí)驗釋放的聚變能分別為0.3萬(wàn)千瓦和0.56萬(wàn)千瓦，q值達到了0.28。

1997年9月，聯(lián)合歐洲環(huán)創(chuàng )1.29萬(wàn)千瓦的世界紀錄。q值達0.60。持續了2秒。僅過(guò)了39天，輸出功率又提高到1.61萬(wàn)千瓦，q值達到0.65。

三個(gè)月以后，日本的jt－60上成功進(jìn)行了氘－氘反應實(shí)驗。換算到氘－氚反應。q值可以達到1。后來(lái)。q值又超過(guò)了1.25。這是第一次q值大于1，盡管氘-氘反應是不能實(shí)用的，但是托卡馬克理論上可以真正產(chǎn)生能量了。

在這個(gè)大環(huán)境下。中國也不例外，在70年代就建設了數個(gè)實(shí)驗托卡馬克裝置——環(huán)流一號（hl-1）和ct-6，后來(lái)又建設了ht-6,ht-6b，以及改建了hl1新建了環(huán)流2號。

有種說(shuō)法，說(shuō)中國的托卡馬克裝置研究是從俄羅斯贈送設備開(kāi)始的，這是不對的，ht6/hl1的建設都早于俄羅斯贈送的ht-7系統。

ht-7以前，中國的幾個(gè)設備都是普通的托卡馬克裝置，而俄羅斯贈送的ht-7則是中國第一個(gè)“超導托卡馬克”裝置。

那什么是“超托卡馬克裝置”呢？

回過(guò)頭來(lái)說(shuō)，托卡馬克裝置的核心就是磁場(chǎng)，要產(chǎn)生磁場(chǎng)就要用線(xiàn)圈，就要通電，有線(xiàn)圈就有導線(xiàn)，有導線(xiàn)就有電阻。托卡馬克裝置越接近實(shí)用就要越強的磁場(chǎng)，就要給導線(xiàn)通過(guò)越大的電流，這個(gè)時(shí)候，導線(xiàn)里的電阻就出現了，電阻使得線(xiàn)圈的效率降低，同時(shí)限制通過(guò)大的電流，不能產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)，托卡馬克貌似走到了盡頭。

幸好，超導技術(shù)的發(fā)展使得托卡馬克峰回路轉，只要把線(xiàn)圈做成超導體，理論上就可以解決大電流和損耗的問(wèn)題，于是，使用超導線(xiàn)圈的托卡馬克裝置就誕生了，這就是超托卡馬克。

目前為止，世界上有4個(gè)國家有各自的大型超托卡馬克裝置，法國的tore－supra，俄羅斯的t-15，日本的jt-60u，和中國的east。

除了east以外，其他四個(gè)大概都只能叫“準超托卡馬克”，它們的水平線(xiàn)圈是超導的，垂直線(xiàn)圈則是常規的，因此還是會(huì )受到電阻的困擾。此外他們三個(gè)的線(xiàn)圈截面都是圓形的，而為了增加反應體的容積，east則第一次嘗試做成了非圓型截面。此外，在建的還有德國的螺旋石-7，規模比east大，但是技術(shù)水平差不多。

由于可控核聚變項目研究所需的巨額成本，任何一個(gè)單一國家都很難獨立承擔，因此，從1985年開(kāi)始，由蘇聯(lián)、美國、日本和歐共體共同提出，聯(lián)合出資建立世界上第一個(gè)試驗用的聚變反應堆（iter)。（注意：iter已經(jīng)不是托卡馬克裝置了，而是試驗反應堆，這是一大進(jìn)步）

最初方案是2010年建成一個(gè)實(shí)驗堆，實(shí)現1500兆瓦功率輸出，造價(jià)100億美元。

沒(méi)想到因為各國想法不同，又恰逢蘇聯(lián)解體，加上技術(shù)手段的限制，一直到了2000年也沒(méi)有結果，其間美國中途退出，iter出現胎死腹中的危險。

直到2003年，能源危機加劇，各國又重視起來(lái)，首先是中國宣布加入了iter計劃，歐洲、日本和俄羅斯自然很高興，隨后美國宣布重返計劃。緊接著(zhù)，韓國和印度也宣布加入。

2005年iter正式立項，地點(diǎn)在法國的卡達拉申，基本設計不變，力爭2015年前全面完成，造價(jià)120億美元，歐盟出40%，法、中、日、美各出10%，剩下的想讓別人平攤，但韓國印度不干，力爭讓俄國也出10%，自己出5%，最終美、日、俄、中、韓、印各出約9%。

iter拉丁語(yǔ)含義為“道路”，可見(jiàn)大家對這個(gè)東西抱有多大的希望。很有可能，她就是人類(lèi)解決能源問(wèn)題的“道路”。

如果iter能成功，下一步就是利用iter的技術(shù)，設計和建造示范商用堆，到那時(shí)，離真正的商業(yè)核聚變發(fā)電就不遠了。但是iter建設中，還有大量的技術(shù)問(wèn)題需要解決，需要有一個(gè)原型可以參考，在此基礎上，各國的先進(jìn)超導托卡馬克裝置就成了設計iter的藍本。

當然了，iter的研究遠非一個(gè)托卡馬克裝置，它還有很多難題需要攻克。

這里就要說(shuō)一下q值（輸出功率與輸入功率之比）問(wèn)題，目前世界各國普遍能將q值做到1.5以上，但還有兩個(gè)難題，目前各國都還沒(méi)有解決。

第一就是持續不間斷地提供高溫所需的能量。q值1.5意味著(zhù)：產(chǎn)出150噸tnt當量的能量，就要投入100噸tnt當量的能量，而且還是持續的！就像大片里的那樣：一臺科幻設備一開(kāi)動(dòng)，整個(gè)城市的燈都滅了。

第二，即使能夠持續供電，但你投入的是1個(gè)電，而它產(chǎn)生的卻是1.5的熱及輻s"/>等。而把它轉化成電的話(huà)，如果轉化率小于66%，還是虧了。目前全球在這一技術(shù)上還沒(méi)有突破。

因此，對人們而言，可控核聚變原理和方案都具備，最困難的在于工程技術(shù)方面，而這個(gè)恰恰是鋼镚最為擅長(cháng)的。

這也是陳新為什么有信心制造出世界上首臺可以商業(yè)化運營(yíng)的劇變反應堆的原因之一。

比如，為了獲得強磁場(chǎng)，世界各國普遍采用超導線(xiàn)圈來(lái)約束高溫等離子體，但是人類(lèi)現有超導材料只能維持在零下一百多度呈現出超導x"/>，他們必須將磁體系統浸泡在y"/>氦之中，這樣一來(lái)，不但增加了聚變堆的建設成本，而且聚變堆的小型化也受到了極大的限制。

此外，像高頻電流點(diǎn)火，大功率激光點(diǎn)火，這些都需要新一代的材料工藝支持。

但對鋼镚而言就無(wú)所謂了，它現在可以將鉈、鋇、鈣、銅、氧等元素結合起來(lái)，制造出一種臨界溫度達到340k的常溫超導體，即在地球上百分之九十九以上的地區，這種材料都能在裸露狀態(tài)下實(shí)現超導x"/>。

至于核聚變反應點(diǎn)火時(shí)所需的高頻電流、大功率激光器，那更是小菜一碟了。(。。)